Hochempfindliche Spektroskopie von Restabsorptionen

Absorptionsspektroskopie optischer Materialien

Wenn Komponenten für die nichtlineare Optik und Lasertechnik hohen (Laser-)Lichtintensitäten ausgesetzt werden, können selbst sehr geringe Absorptionen, wie sie auch in hochreinen Materialien noch auftreten, zu lokalen Erwärmungen, zu Fehlfunktionen oder gar zur Zerstörung der Bauelemente führen. Die Detektion dieser geringen Absorptionen bereits vor einem Einsatz der Komponenten erfordert extrem empfindliche Messverfahren. Diese nutzen die Sekundäreffekte aus, die sich aus der absorptionsbedingten Erwärmung des Materials ergeben.

Photoakustische Spektroskopie (PAS)

Ein gepulster Laser erzeugt im Material hochfrequente akustische Wellen (Photoakustischer Effekt), die mit einem empfindlichen piezoelektrischen Sensor nachgewiesen werden. Aus der Amplitude der Schallwelle kann die Stärke der Absorption bestimmt werden.

© Foto Fraunhofer IPM

Schematischer Aufbau des PCI-Spektrometers

© Foto Fraunhofer IPM

Absorptionsspektrum einer Lithiumniobat-Probe, bestehend aus PCI- und PAS-Daten, aus Verlustmessungen an einem Flüstergalerie-Resonator (WGR) und aus Transmissionsmessungen (Cary, FTIR).

Photothermische Spektroskopie (PCI)

Beim Verfahren der Photothermischen Common-Path Interferometry (PCI) erzeugt die absorbierte Strahlung eines starken Pumplasers im Material eine Brechungsindex-Änderung (»thermische Linse«). Ein zweiter, schwacher Abfragelaser kreuzt den Strahl des Pumplasers. Die thermische Linse verursacht eine Modifikation der Wellenfront des Abfragelasers. Diese kann mit einem Lock-in-Verfahren sehr empfindlich vermessen und daraus die Stärke der Absorption bestimmt werden.

Vorteile der IPM-Messtechnik

Messung über große Wellenlängenbereiche

Als abstimmbare Pumplaser für die PCI werden am IPM entwickelte kontinuierlich gepumpte optisch-parametrische Oszillatoren (OPOs) eingesetzt. Diese erlauben die Untersuchung der Absorptionseigenschaften über einen weiten Wellenlängenbereich (VIS – MIR).

Profitieren Sie von unseren Erfahrungen im Bereich der hochempfindlichen Absorptionsmesstechnik. Nutzen Sie die Messmöglichkeiten des Fraunhofer-IPM-Service-Lab oder lassen Sie sich beim Aufbau geeigneter Messplätze für Ihre internen Anwendungen unterstützen.

Einfache Absolutkalibrierung

Dank der abstimmbaren Pumplaser können auch im Material vorhandene Absorptionsstrukturen abgescannt werden. Der Vergleich mit Daten aus Transmissionsmessungen erlaubt eine Kalibrierung, ohne dass dafür speziell präparierte Proben notwendig wären. Das Ergebnis: zuverlässigere Daten.